KR20200132389A - 플렉서블 pH 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

플렉서블 pH 센서 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판, 기판 상의 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질 (pH sensitive material) 로 이루어진 제1 전극, 및 기판 상의 제1 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 제2 전극을 포함하는, pH 센서 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

플렉서블 pH 센서 및 이의 제조 방법{FLEXIBLE PH SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 pH 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분석 시료에 대한 전위차를 기초로 pH를 측정하도록 구성된 pH 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정확하고 신뢰할 수 있는 pH 측정은, 화학, 생물 및 환경 분석, 식품 과학, 인간 건강 관리 및 질병 진단에 이르는 다양한 분야에서 중요할 수 있다. 특히, 의료 및 진단 응용 분야에 대한 수요가 급격히 증가함에 따라 눈물, 타액, 소변 및 땀과 같은 체액 (Body fluid) 의 pH 변화를 모니터링하는 것에 대한 중요도가 증가되었다.
예를 들어, 건강한 피부에서 산성에서 중성으로 또는 약 염기성으로의 pH 값의 변화는 감염의 존재를 의미 할 수 있다. 나아가, 만성 치주염 환자의 타액 pH는 임상적으로 건강한 치아 조직을 갖는 환자에 비하여 더 알칼리성일 수 있다. 이에 타액의 pH 값은 치아 건강을 결정하는 것에 있어 중요할 수 있다. 또한, 소변의 pH는 또한 대사 증후군 및 신장 질환과 관련된 건강 상태와 연관될 수 있다.
이와 같은 이유로, 체액과 같은 분석 시료의 pH를 보다 용이하게 측정할 수 있는 pH 센서가 개발되었다. 이러한 pH 센서의 개발은, 특히, 뇌액, 상처 액, 단백질 또는 작은 분자 시료에 대하여 제한된 환경에서 이들 시료의 pH의 측정을 가능하게 하였다.
한편, 대부분의 pH 센서들은, 전위차 전극 (potentiometric electrode), 이온 감음성 전계 효과 트랜지스터 (ion-sensitive field-effect transistor), 화학 저항성 트랜지스터 (chemo-resistor transistor) 를 기반으로 pH를 측정하기 위해, 금 박막이 기판의 표면에 증착된 형태를 갖는다.
그러나, 이러한 종래의 pH 센서는, 도전층 (conductive layer) 에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 (mechanical stress) 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제를 야기할 수 있다.
특히, 종래의 pH 센서들은 재료의 취성, 구조 변형의 곤란성 등으로 인하여 웨어러블 기술 분야에 적용되기 곤란할 수 있다.
이에, 전술한 종래의 pH 센서들의 구조적 특성에 의해 야기되는 문제점들을 해결하고, 보다 용이하게 체액과 같은 분석 시료의 pH를 측정할 수 있는, 새로운 pH 센서의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 개선된 센싱 재료, 센서의 소형화, 기계적 물성, 비용 및 대량 생산 가능성을 중심으로 하여 새로운 pH 센서 기술이 제안되었다.
보다 구체적으로, 전도성 고분자 기반의 pH 센서 기술은, 다른 pH 레벨에서 관응기의 양성자화/탈양성자화 특성에 의하여 pH 감지능을 제공할 수 있고, 간편성, 친환경적인 가공능, 기계적 유연성, 높은 전도성 및 낮은 비용과 같은 장점을 가질 수 있어, 종래의 pH 센서를 대체할 수 있는 대안으로 제시되었다.
그러나, 전도성 고분자 기반의 pH 센서 기술은, 웨어러블 디바이스 등에 적용함에 있어서 감도 저하와 같은 문제점이 여전히 존재하며, 소량으로 존재하는 시료, 또는 곡선의 표면에서 pH를 직접적으로 측정하는 것에 한계가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자들은, 전술한 바와 같은 한계를 극복하기 위한 방안으로 프린팅 기술에 주목하였다.
보다 구체적으로 본 발명의 발명자들은, 스크린 프린팅 (screen printing), 잉크젯 프린팅 (inkjet printing) 및 포토리소그래피 (phtolithography) 와 같은 프린팅 기술이, pH 센서 제조에 있어서 마이크로 사이즈의 재료들 및 디바이스들을 적용하기 적합하고, 생산 비용의 절감에 기여할 수 있음을 인지할 수 있었다.
나아가, 본 발명의 발명자들은, 이러한 프린팅 기술이, 소재에 따라 pH 센서의 유연성을 향상 시킬 수 있고 이에 센서의 과도한 사용, 긁힘 또는 손상에 의한 분석의 재현성 및 안전성의 결여를 극복할 수 있음에 주목하였다. 관련하여, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 장점을 갖는 pH 센서가 특히 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, 종래의 pH 센서보다 적용 범위가 넓어질 수 있음을 인지할 수 있었다.
그 결과, 본 발명의 발명자들은, 기판상에 두 가지 타입의 전극이 형성된 pH 센서를 개발하기에 이르렀다.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 pH 민감성 물질로 이루어져 분석 시료의 pH에 따른 전압을 측정하도록 구성된 전극 및 반쪽 전지 전위성을 부여하는 도전성 물질로 구성된 전극의 두 가지 타입의 전극이 기판상에 형성된 pH 센서를 개발할 수 있었다.
이때, 본 발명의 발명자들은, pH 센싱 전극에 대하여, 기판상에 pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이 (nanofiber array) 를 배치함으로써, 높은 민감도, 반응 시간 및 재현성과 안정성을 갖는 pH센서를 개발할 수 있었다.
결과적으로, 본 발명의 발명자들은 이와 같은 pH 센서에서 두 개의 전극 간의 전위차를 기초로 분석 시료에 대한 pH를 분석할 수 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 본 발명의 발명자들은 상기 pH 센서가 pH 센서 전극으로서 적합한 전기 전도도와 민감도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
나아가, 본 발명의 발명자들은 두 개의 전극으로 구성된 pH 센서가 소량으로 존재하는 분석 시료, 나아가 곡선 표면을 갖는 분석 시료에 대하여 상용되는 pH 미터와 유사한 수준의 민감도 및 정확도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질 (pH sensitive material) 로 구성된 제1 전극, 및 반쪽 전지 전위성을 부여하는 도전성 물질로 구성된 제2 전극을 포함하는 pH 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이가 배치된 탄소층을 포함하는 제1 전극 및 도전성 물질로 구성된 제2 전극을 포함하는 pH 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 플렉서블 기판 상에 제1 전극 및 제2 전극이 형성되어 유연성을 부여하고, 이에 곡선의 표면을 갖는 분석 시료에 대하여 높은 민감도 및 정확도로 pH를 측정하도록 구성된 pH 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, pH 센서 내에서 제1 전극 및 제2 전극의 타단에 각각 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부 및 측정부와 연결되어 pH를 출력하도록 구성된 pH 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 제1 전극을 획득하도록, 기판 상에 pH 민감성 물질을 배치하는 단계, 및 제2 전극을 획득하도록, 기판 상에 반쪽 전지 전위성을 부여하는 도전성 물질을 배치하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 포함하는 pH 센서가 제공된다. 이때, 본 발명의 pH 센서는 기판, 기판 상의 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질 (pH sensitive material) 로 이루어진 제1 전극, 및 기판 상의 제1 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 제2 전극을 포함한다.
본 발명의 특징에 따르면, 제1 전극은 탄소층을 더 포함하고, pH 민감성 물질은 탄소층 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질은 pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이 (nanofiber array) 를 포함하고, 나노파이버 어레이는, 탄소층 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 전극의 일단에 pH 민감성 물질이 배치 되고, 제1 전극의 타단에 도전성 물질이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 pH 센서는 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나에 배치된 필터층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기판은 플렉서블 (flexible) 기판일 수 있다. 이때, 플렉서블 기판은, 폴리에틸렌 테리프탈레이트 (polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트 (poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리이미드 (polyimide, PI), 폴리스타이렌 (polystyrene, PS), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate, PEN) 및 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC) 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 분석 시료는, 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질은, 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiophene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythiphene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(p-phenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 도전성 물질은, 반쪽 전지 반응성 물질일 수 있다. 이때, 반쪽 전지 반응성 물질은 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 (Salt bridge) 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 센서는 제1 전극 및 제2 전극의 일부에 각각 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 센서는 전위 측정부와 연결되어 pH를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 센서의 민감도는, 55 mV/pH 내지 65 mV/pH일 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른실시예에 따른 기판을 포함하는 pH 센서의 제조 방법이 제공된다. 이때, 본 발명의 pH 센서의 제조 방법은, 제1 전극을 형성하도록, 기판 상에, 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질을 배치하는 단계, 및 제2 전극을 형성하도록, 기판 상에, 제1 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되도록 도전성 물질을 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 pH 센서의 제조 방법은, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 이전에, 탄소층을 형성하도록, 기판 상에, 탄소를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 나아가, pH 민감성 물질을 배치하는 단계는, 탄소층에 pH 민감성 물질을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 탄소를 배치하는 단계는, 기판 상에 탄소를 도포하는 단계, 및 기판을 70 내지 90 ℃조건에서 큐어링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질은, pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이를 포함하고, 탄소층에 pH 민감성 물질을 배치하는 단계는, 탄소층 상에 나노파이버 어레이를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 도전성 물질을 배치하는 단계는, 제1 전극의 타단에 도전성 물질을 더 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 도전성 물질을 배치하는 단계는, 기판 상에 도전성 물질을 도포하는 단계, 및 기판을 70 내지 90 ℃조건에서 큐어링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 이후에, 기판을 아닐린 (aniline) 및 과산화황산암모늄 (ammonium persulfate) 혼합 용액에 담그는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계는, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 중 적어도 하나를 기판 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반쪽 전지 반응성 물질을 배치하는 단계는, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금 중 적어도 하나를 기판 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은, 도전층에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제를 갖는 종래의 pH 센서가 갖는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 기판, 특히 플렉서블 기판 상에 형성된 두 개의 전극으로 구성된 pH 센서를 제공함으로써, 종래의 pH 센서보다 기계적 물성이 향상되고, 유연성이 증가될 수 있다. 나아가, 본 발명은 이러한 구조적 특정에 따라, 종래의 pH 센서보다 높은 전도율을 갖는 pH 센서를 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 플렉서블 기판상에 pH 민감성 물질로 프린팅된 제1 전극 및 도전성 물질로 프린팅된 제2 전극을 포함하는 pH 센서를 제공함으로써, 과도한 사용, 긁힘 또는 손상에 의한 분석의 재현성 및 안전성의 결여를 극복할 수 있는 효과가 있다.
이에, 본 발명은 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, pH 센서의 적용 범위 확장에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명은 소량으로 존재하는 분석 시료 또는 곡선의 표면을 갖는 분석 시료에 대하여 상용되는 pH 미터와 유사한 수준의 민감도 및 정확도를 가질 수 있는 효과가 있다. 이에, 본 발명은 pH 미터를 대체하여 보다 용이하게 분석 시료에 대한 pH를 분석할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 소량으로 존재하는 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액과 같은 체액에 대하여 높은 민감도 및 정확도로 pH를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 피검자에 대한 화학적 또는 생물학적 반응에 따른 pH 변화를 실시간으로 모니터링하기에 용이할 수 있다.
이에, 본 발명은 헬스케어 및 진단 응용 분야에 적용되어 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있고, 농업 분야, 수질 측정와 같은 환경 분야에 있어서도 다양한 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서 및 이의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 땀 센싱 디바이스를 예시적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 pH 센싱 글로브를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 미세 유체 채널 기반 pH 센싱 디바이스를 예시적으로 도시한 것이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 무선 통신 pH 센싱 디바이스를 예시적으로 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한 FT-IR 스펙트럼을 도시한 것이다
도 7b 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한, 다양한 pH를 갖는 완충 용액 처리에 따른 기전력 (electromotive force, EMF) 의 분석 결과를 도시한 것이다.
도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서 및 상용되는 pH 미터에 대한, pH 측정 결과를 도시한 것이다.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서는, 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질로 구성된 제1 전극, 및 도전성 물질로 구성된 제2 전극을 포함한다.
이러한 구조적 특징에 의해, 본 발명의 pH 센서는, 두 개의 전극에 대한 전위차를 기초로 pH를 측정할 수 있도록 구성된다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "분석 시료"는 pH를 측정하고자 하는 모든 시료를 의미할 수 있다. 이때, 분석 시료는 유체 시료일 수 있다. 예를 들어, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 시료는, 본 발명의 pH 센서의 이용 목적에 따라 사용자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
선택적으로, 시료는, 그 종류에 따라 본 발명의 pH 센서에 처리되기 전에 용해 (lysis) 될 수도 있다
본 명세서에서 사용되는 용어, "pH 센서"는, pH를 측정하기 위한 센서의 총칭으로, 시료 중에 복수의 전극을 침지시켜, 전극 간 전위차, 전류 또는 교류 임피던스를 측정함으로써 정량적으로 및/또는 정성적으로 pH를 분석하는 전기 화학적 기술이 적용된 센서를 의미할 수 있다.
한편, 대부분의 pH 센서들은 전위차, 이온 감음성 전계 효과 트랜지스터, 화학 저항성 트랜지스터를 기반으로 pH를 측정하기 위해, 금 박막이 기판의 표면에 증착된 형태를 갖는다. 그러나, 이러한 pH 센서들은, 도전층에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제가 야기될 수 있다. 이에, 분석의 재현성이 떨어지고 pH 측정의 민감도 및 정확도가 떨어질 수 있다. 특히, 이러한 pH 센서들은, 소량으로 존재하는 시료, 또는 곡선의 표면에서 pH를 직접적으로 측정하는 것에 한계가 있어, 웨어러블 기술 분야에 적용되기 어려울 수 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해, 기판 상에 2 개의 전극이 형성된 pH센서를 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "기판"은, pH의 측정을 위한 전극들이 형성되어 있는 판을 의미할 수 있다. 본원 명세서 내에 개시된 기판은, 플렉서블 기판일 수 있다.
예를 들어, 기판은, 폴리에틸렌 테리프탈레이트 (polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트 (poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리이미드 (polyimide, PI), 폴리스타이렌 (polystyrene, PS), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate, PEN) 및 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC) 중 적어도 하나일 수 있다.
그러나, 기판의 소재는 이에 제한되는 것이 아니며, pH 변화에 따른 전위차가 발생하는 전극들이 배치되는 한, 다양한 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 기판에 상에는, pH 센싱을 위한 전극, 및 안정적 전위를 갖는 기준 전극이 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극들은 하나의 기판 상에 스크린 프린팅, 잉크젯 및 포토리소그래피 기법에 의해 프린팅될 수 있다. 그러나, 전극들은 보다 다양한 방법에 의해 기판 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "전극"은 전기 전도성을 갖는 전도성 전극을 의미한다.
이때, 본원 명세서에 개시된 전극은, 전도성 물질이 기판 상에 다양한 방법으로 프린팅된 전극 패턴을 의미할 수 있다.
예를 들어, 전극은, 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon graphite), 그래핀 (graphene), 풀러린 (fullerene), 카바이드 (carbides) 중 적어도 하나의 유기물이 기판 상에 프린트되어 형성된 전도성 전극일 수 있다. 나아가, 전극은, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속이 기판 상에 프린트되어 형성된 전도성 전극일 수도 있다.
이때, 본 발명의 전극은, 이에 제한되지 않고 전기 전도성을 갖는 한 보다 다양한 물질로 구성되거나 다양한 방법으로 기판 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제1 전극"은 pH 센서 내에서 분석 시료의 전위를 측정하도록 구성된 센싱 전극을 의미한다. 이때, 제1 전극은 수소 이온 농도 의존적으로 전위가 바뀌는 pH 민감성 물질이 기판 상에 프린팅되어 형성된 패턴을 의미할 수 있다. 이에 제1 전극은 기판 상에 형성된 pH 센싱을 위한 영역을 의미할 수도 있다.
예를 들어, 제1 전극은, 분석 시료와 반응도록 pH 민감성 물질이 상기 제1 전극의 일단에 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때, pH 민감성 물질은, 제1 전극의 일단과 같이 일부 영역에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 제1 전극의 전체 영역에 배치될 수도 있다. 나아가, 제1 전극의 타단에는 도전성 물질이 더 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "pH 민감성 물질"은 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 물질을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 본원 명세에서 이용된 pH 민감성 물질은, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, pH 민감성 물질 중 폴리아닐린은 H3O+ 이온에 매우 민감할 수 있다. 이에, 본원 명세서 내에 개시된 pH 민감성 물질은 폴리아닐린일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 특징에 따르면, pH 민감성 물질은, pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "나노파이버 어레이"는 나노 사이즈의 파이버가 배열된 형태일 수 있다.
한편, pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이는 기판 상의 제1 전극에 미리 형성된 탄소층 위에 배치될 수 있다. 이때, 나노파이버 어레이는 탄소층과의 희석 화학 중합 반응 (dilute chmical polymerization) 에 의해 탄소층 위에 안정적으로 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "탄소층"은 탄소로 이루어진 물질이 코팅된 층을 의미할 수 있으며, 제1 전극 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제2 전극"은 pH 변화에 안정적 전위를 갖는 반쪽 전지 전위성 전극을 의미한다. 이때, 제2 전극은 도전성 물질, 바람직하게 반쪽 전지 반응성 물질이 기판 상에 프린팅 되어 형성된 패턴을 의미할 수 있다. 이에 제2 전극은 기판 상에 형성된 pH 센싱을 위한 영역을 의미할 수도 있다.
한편, 제2 전극의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 제1 전극을 통해 분석 시료의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있는 기준 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 이러한 제2 전극은 반쪽 전지 반응성을 부여하는 도전성 물질이 배치되어 있을 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 제2 전극의 일 단에 반쪽 전지 전위성을 부여하는 도전성 물질이 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때, 도전성 물질은, 일부 영역에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 제2 전극의 전체 영역에 배치될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "반쪽 전지"는 산화 또는 환원의 반쪽 반응에 따른 전위차가 발생하는 전지를 의미할 수 있다. 이에, 제1 전극에서 분석 시료의 pH 값에 따라 산화 또는 환원 반응이 일어날 때, 제2 전극은 반쪽 전지 전위성을 가질 수 있음에 따라, 제1 전극과 상이한 환원 전극 또는 산화 전극으로 나타날 수 있다. 따라서, 제1 전극에서의 발생 전위가 추정될 수 있다.
한편, 제2 전극 상에 배치되는 "도전성 물질"은, 산화 또는 환원 가역적인 물질로서, 온도 또는 pH 변화에도 반응성이 낮고, 일정한 전위차를 갖는 안정적인 물질일 수 있다. 이러한 도전성 물질은, 전위에 있어서 높은 재현성 (또는, 안정성) 을 갖고 산성 또는 염 용액에서 안정적이며, 취급이 용이할 수 있다.
예를 들어, 도전성 물질은 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금의 전위차가 미리 알려진 물질일 수 있다. 바람직하게 도전성 물질은 Ag/AgCl일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 보다 다양한 물질이 될 수 있다.
예를 들어, 제2 전극 상에 도전성 물질로서 Ag/AgCl이 배치될 경우, 기판 상에 Ag/AgCl로 구성된 페이스트가 프린팅되어 Ag/AgCl 층이 형성될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 보다 다양한 방법으로 도전성 물질이 제2 전극 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "필터층"은, 분석 시료의 pH 센싱 과정에서 분석의 민감도를 떨어뜨리거나 이온화 반응을 방해하는 불순물을 제거하기 위해 형성된 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 필터층은 일정한 크기 이상의 불순물을 제거하기 위해 포어가 형성될 수 있고, 분석 대상이 아닌 불순물을 흡착하기 위한 성분을 더 포함할 수도 있다.
이때, 필터층은 분석 시료와 직/간접적으로 반응하는 제1 전극 또는 제2 전극 상에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 pH 센서를 이용하여 분석 시료의 pH를 분석하고자 할 경우, 분석 시료가 제1 전극과 접촉하는 한 pH 분석이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극 및 제2 전극이 기판 상에 함께 배치됨에 따라 하나의 전극의 형태를 갖는 본 발명의 pH 센서에, 분석 시료를 점적할 경우, 분석 시료는 제1 전극 및 제2 전극 모두와 반응할 수 있다. 그러나, 제2 전극 상에는 pH 변화에도 안정적인 전위를 갖는 반쪽 반응성 물질이 배치되어 있음에 따라, 제1 전극과 분석 시료의 반응에 따른 전위의 측정이 가능할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "전위 측정부"는 제1 전극 및 제2 전극의 일단에 각각 연결되어 전위차를 측정하도록 구성된 유닛 (unit) 일 수 있다. 이러한 전위 측정부는, 제1 전극 및 제2 전극의 전위차를 측정하도록, 분석 시료와 반응하는 단과 상이한 단에 연결될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "출력부"는 전위차를 기초로 pH를 변환해주도록 구성된 유닛일 수 있다. 이때, 출력부는 전위 측정부와 연결될 수 있어, 전위 측정부에 측정된 분석 시료의 전위차를 pH 값으로 변환하여, 최종적으로 분석 시료에 대한 pH 값을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 출력부는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 pH 값을 제공하는 한, 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 출력부는, 분석 시료의 전위차를 pH 값으로 변환하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수도 있다.
이하에서는, 도 1a 내지 1c를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 pH 센서에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서 및 이의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 1a를 참조하면, pH 센서 (100) 는, 기판 상에 형성된 제1 전극 (110) 및 제2 전극 (120) 의 두 개의 전극 (110, 120) 으로 구성된다. 이때, 제1 전극 (110) 및 제2 전극 (120) 의 타단 각각으로부터 연장된 도전성 물질로 구성된 도전성 층 (130) 이 더 배치될 수 있다. 이때, 2 전극 (120) 은 도전성 층 (130) 과 동일한 물질로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 제2 전극 (120) 은 기판 상에 제1 전극 (110) 과 일부가 일정한 거리로 이격되어 존재할 수 있다. 나아가, 제1 전극 (110) 은 원형의 형태를 갖고, 제2 전극 (120) 은 제1 전극 (110) 의 일부 영역을 감싸도록 반원의 형태를 가질 수 있다. 그러나, 1 전극 (110) 및 제2 전극 (120) 의 배치 형태, 및 이들 전극 각각의 모양은 이에 제한되는 것이 아니다. 특히, 제1 전극 (110) 및 제2 전극 (120) 이 일정한 거리를 유지하는 하고, 분석 시료와의 반응에 따른 전위차를 갖는 한 다양한 모양으로 존재할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1b의 (a) 및 (b)를 참조하면, 제1 전극 (110) 은, 탄소층 (110 (a)) 및 pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이 (110 (b)) 로 구성될 수 있다. 이때, 나노파이버 어레이 (110 (b)) 는 탄소층 (110 (a)) 과의 희석 화학 중합 반응에 의해 탄소층 (110 (a)) 상에 안정적으로 배치될 수 있다. 이때, 나노파이버 어레이 (110 (b)) 는 폴리아닐린으로 구성된 나노파이버 어레이일 수 있다. 도 1b의 (c) 및 (d) 를 더 참조하면, 매끈한 표면을 갖는 탄소층 (110 (a)) 에 나노파이버 어레이 (110 (b)) 가 배치된 SEM (scanning electron microscope) 이미지가 도시된다.
한편, 제1 전극 (110) 의 구성 및 이의 구조는 전술한 것에 제한 되는 것이 아니며, pH에 따라 상이한 전위차를 갖는 한, 보다 다양할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극 (110) 은, 기판 상에 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란과 같은 pH 변화에 따라 전위차가 나타나는 물질이 프린팅되어 형성된 패턴일 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 제2 전극 (120) 은 도전성 물질로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 전극 (120) 에 pH에 안정성을 갖고 재현성이 높은 도전성 물질이 배치되어 있음에 따라, 제2 전극 (120) 은 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 단극 전위가 일정한 기준 전극이 될 수 있다.
예를 들어, 제2 전극 (120) 은, 기판 상에 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금과 같은 안정적인 물질이 프린팅되어 형성된 패턴일 수 있다. 이때, 제2 전극 (120) 은 Ag/AgCl의 도전성 물질로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1c의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서는 플렉서블 기판, 예를 들어 PET (polyethyleneterephthalate) 을 이용함에 따라, 유연성이 확보될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 pH 센서의 제1 전극 (110) 은, 프린팅 기술이 적용됨에 따라 PET 기판 (PET substrate) 상에 도전성 물질의 Ag/AgCl 잉크 (Silver/Silver choloride ink) 가 도전성 층을 형성하고, 탄소 페이스트 (carbob paste) 가 탄소층을 이루도록 구성될 수 있다. 나아가, 제1 전극 (110) 의 탄소층에 pH 민감성 물질이 더욱 배치될 수 있다.
이에, 본 발명의 pH 센서는, 웨어러블 디바이스에 적용가능할 정도의 유연성을 제공할뿐만 아니라, 저비용 생산이 가능하며. 대량 신속처리 (high throughput) 프로세스를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 2a 및 2b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 제조 방법의 절차를 구체적으로 설명한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, pH 센서의 제조 방법은, 먼저 제1 전극을 형성하도록, 기판 상에 pH 민감성 물질을 배치한다 (S210), 그 다음 제2 전극을 형성하도록 기판 상에 제1 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되도록 도전성 물질을 배치한다 (S220).
본 발명의 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 에서, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나가 기판 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 이전에, 기판 상에 탄소층을 형성하도록, 탄소를 배치할 수 있다. 나아가, 형성된 탄소층 상에 pH 민감성 물질을 배치할 수 있다. 이때, 탄소층은, 기판 상에 탄소를 도포하는 단계, 및 기판을 70 내지 90 ℃조건에서 큐어링하는 단계를 통해 형성될 수 있다. 이에, 탄소층은 기판 상에 안정적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 에서, pH 민감성 물질은, pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이일 수 있다. 이에, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 에서, 탄소층 상에 나노파이버 어레이가 증착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 에서, 기판 상에 도전성 물질이 배치된 이후에 탄소층이 형성되고, pH 민감성 물질이 탄소층 상에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 에후에 기판은, 제1 전극이 안정적으로 형성되도록 아닐린 (aniline) 및 과산화황산암모늄 (ammonium persulfate) 혼합 용액에 담궈질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 의 결과로, 분석 시료의 pH에 따라 전기 전도도가 변화하는 제1 전극이 기판 상에 형성될 수 있다.
다음으로, 도전성 물질을 배치하는 단계 (S220) 에서, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl이 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나가 기판 상에 배치될 수 있다.
이때, 도전성 물질은, 전술한 pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 에 의해 생성된 제1 전극과 일정한 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 도전성 물질을 배치하는 단계 (S220) 에서, 기판 상에 도전성 물질이 도포되고, 기판이 70 내지 90 ℃조건에서 큐어링될 수 있다. 이에, 도전성 물질은 기판 상에 안정적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 도전성 물질을 배치하는 단계 (S220) 이후에, 제2 전극이 기판 상에 안정적으로 배치되도록 NaCl을 함유하는 PVB (polyvinyl butyral) 가 도전성 물질층에 도포될 수 있다.
도전성 물질을 배치하는 단계 (S220) 의 결과로, 기준 전극으로 이용되는 제2 전극이 획득될 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시에에 따른 pH 센서의 제조 방법에 있어서, pH 민감성 물질을 배치하는 단계 (S210) 및 도전성 물질을 배치하는 단계 (S220) 의 순서는 전술한 것에 제한되는 것이 아니다. 즉, 기판 상에 제1 전극 및 제2 전극이 형성되는한 pH 민감성 물질 및 도전성 물질이 다양한 순서로 배치될 수 있다. 나아가, 본 발명의 다양한 실시에에 따른 pH 센서의 제조 방법은, 프린트 스크리닝 기법에 기초할 수 있다. 그러나, pH 민감성 물질 및 도전성 물질의 배치는 보다 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 도 2b를 더욱 참조하면, 미리 결정된 모양을 갖는 스크린 프린팅 마스크 (screen printing mask) (212) 를 이용하여 전도성의 Ag/AgCl 잉크 (214) 의 전도성 물질이 기판 상에 프린팅될 수 있다. 그 다음, 전도성 물질이 배치된 기판은 85 ℃, 진공 조건에서 20 분 동안 큐어링되어, 기준 전극이 되는 제2 전극이 기판 상에 먼저 형성될 수 있다.
다음으로, 제2 전극과 이격된 영역에 대하여, 스크린 프린팅 마스크 (212) 를 이용하여 탄소 페이스트 (carbon paste) (222) 가 프린팅될 수 있다. 그 다음, 전도성 물질이 배치된 기판은 85 ℃, 진공 조건에서 20 분 동안 큐어링 되고, 이의 결과로 탄소층 (110 (a)) 이 형성될 수 있다. 이때, 탄소층 (110 (b)) 은 3.5 mm의 직경을 갖는 원형의 형태를 가질 수 있으나, 이의 모양 및 크기는 이에 제한되는 것이 아니다.
마지막으로, 폴리아닐린의 pH 민감성 물질로 이루어진 나노파이버 어레이 (110 (b)) 가 탄소층 (110 (a)) 상에 희석 화학 중합 반응에 의해 합성될 수 있다. 이의 결과로 pH 센싱을 유도하는 제1 전극이 기판 상에 형성될 수 있다.
이러한 프린팅 스크린 기법에 기초하여 생성된 pH 센서는 기판의 소재에 따라서 유연성을 가질 수 있어 웨어러블 디바이스에 적용되기 용이하고, 절감된 비용으로 제조될 수 있다.
사용자는 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 pH 센서 전극의 일 단을 분석 시료와 반응시키고, 타단을 전위 측정 장치에 연결함으로써, 분석 시료의 pH에 따른 기전력을 측정할 수 있다. 나아가, 사용자는 측정된 기전력을 기초로 분석 시료의 pH를 추정할 수 있다.
이하에서는, 도 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6a 및 6b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서가 적용된 응용 기술들에 대하여 예시적으로 설명한다. 이때, 본 발명의 pH 센서는 후술하는 디바이스에 제한되지 않고보다 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 땀 센싱 디바이스를 예시적으로 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 땀 센싱 디바이스 (300) 는 피부 (330) 로부터 땀을 수집하도록 구성된 복수의 땀 수집부 (310) 와 함께, 수집된 땀을 센싱하도록 구성된 본 발명의 pH 센서 (100) 가 형성된 기판, 및 땀 배출부 (320) 가 형성된 기판의 복수의 기판으로 구성될 수 있다.
이때, 땀 센싱 디바이스 (300) 는 인체 친화형 폴리머 소재, 및/또는 피부 밀착형 소재, 및/또는 기계적/화학적 안전성 소재의 기판으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 땀 수집부 (310) 상에는 피부 밀착을 유도하는 마이크로 필라 어레이가 형성될 수 있다. 나아가, 땀 수집부 (310) 상에는 땀 배출을 촉진하는 피로카루핀 (pilocarpine) 등의 물질들이 더 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 3b의 (a)를 참조하면, 피부 (330) 에 밀착된 땀 수집부 (310) 에 의해 땀이 수집될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 땀 수집부 (310) 는 흐르는 땀을 수집하도록 구성된 수직 채널 구조가 형성될 수도 있다.
한편, 땀 센싱 디바이스 (300) 에서, 땀 수집부 (310) 에 수집된 유체의 땀을 본 발명의 pH 센서 (100) 상에 전달하도록, 땀 수집부 (310) 및 pH 센서 (100) 를 연결하는 미세 유체 채널 (312) 이 더 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3a의 (b)를 참조하면, 땀 수집부 (310) 에 의해 수집된 유체의 땀이 미세 유체 채널 (312) 을 통해 pH 센서 (100) 에 도달하여 pH에 따른 전위차가 발생할 수 있다.
한편, 땀 센싱 디바이스 (300) 에서, 땀 배출부 (320) 는 땀을 능동적으로 배출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 땀 배출부 (320) 는 땀 배출이 용이하도록 나노 필라가 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3b의 (c)를 참조하면, pH 센서 (100) 와 반응한 땀은 땀 배출부 (320) 를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이때, 땀은, 나노필라 구조의 배출부 (320) 에 의해, 땀에 의한 나노필라의 자가 배열의 변형으로 증발이 유도될 수 있고, 자연 증발될 수도 있다.
이상의 다양한 실시예에 따라 본 발명의 pH 센서는 피부로부터 지속적으로 발생되는 생체 분비물의 유용한 정보의 비침습적 상시 수집 및 분석이 가능한 땀 센싱 디바이스에 적용될 수 있다. 나아가, 이러한 땀 센싱 디바이스는, 땀에 제한되지 않고 분세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액과 같은 유체 시료의 분석에도 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 pH 센싱 글로브를 예시적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, pH 센싱 글로브 (400) 는 본 발명의 pH 센서 (100), 전위차 측정부 (410), 전위차 측정부 (410) 와 제1 전극 및 제2 전극 각각에 연결된 전극 (420) 으로 구성된다.
보다 구체적으로, pH 센싱 글로브 (400) 의 손가락 상에 플렉서블한 본 발명의 pH 센서 (100) 가 배치되어, 다양한 분석 시료, 특히 곡선의 표면을 갖는 분석 시료에 대하여 민감도 높은 pH 측정이 가능할 수 있다.
이때, pH 센서 (100) 는 분석 시료의 pH에 따라 전위 변화가 나타난다. 이러한 전위 변화는, 전위차 측정부 (410) 에서 측정될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 전위차 측정부 (410) 는 분석 결과를 유선 또는 무선으로 제공하도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 전위차 측정부 (410) 는 사용자 단말기와 유선으로 연결되거나, 이동 통신망, 근거리 통신망에 의해 저장된 정보들을 송, 수신하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전위차 측정부 (410) 는 대형 통신망의 고속 기간 망, 또는 인터넷, 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 유선 및 무선 망을 통해 분석 시료에 대한 전위차 또는 측정된 pH 값을 송, 수신할 수 있다. 나아가, 전위차 측정부 (410) 는 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11, HiperLAN/2, IEEE802.15.3, NFC, RFID 및 블루투스 통신을 통해 사용자 휴대전화와 같은 외부 단말기와도 통신할 수도 있다.
이상의 다양한 실시예에 따라 본 발명의 pH 센서는 피부로부터 지속적으로 발생되는 생체 분비물의 유용한 정보의 비침습적 상시 수집, 무선전송 및 분석이 가능한 pH 센싱 글로브에 적용될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 미세 유체 채널 기반 pH 센싱 디바이스를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5a의 (a) 및 (b)를 참조하면, 미세 유체 채널 기반 pH 센싱 디바이스 (500) 는, 본 발명의 pH 센서 (100), 그리고 투입구 (510) 및 배출구 (520) 가 형성된 기판, 및 유체 시료 (512) 가 이동하도록 설계된 유체 채널 (530) 이 형성된 기판으로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 유체 시료 (512) 는 투입구 (510) 에 주입되어, 유체 채널 (530) 로 이동할 수 있다. 그 다음, 유체 시료 (512) 는 본 발명의 pH 센서 (100) 의 제1 전극으로 이동하여 제1 전극과 반응하게 되고, 이에 따라 pH에 따른 전위차가 발생할 수 있다. 그 다음, 유체 시료 (512) 는 배출구 (520) 에 의해 미세 유체 채널 기반 pH 센싱 디바이스 (500) 의 외부로 배출될 수 있다.
한편, 유체 시료 (512) 의 배출은 자연 증발될 수 있고, 배출구 (520) 에 형성된 나노필라 구조의 변형에 의해 증발이 유도될 수도 있다.
이때, 투입구 (510), 배출구 (520) 및 유체 채널 (530) 의 형태는 이에 제한되는 것이 아니다.
도 5b의 (a)를 더욱 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 유체 채널 기반 pH 센싱 디바이스 (500') 는, 투입구 (510), 배출구 (520) 및 사각형의 유체 채널 (530) 로 구성될 수 있다. 이때, 투입구 (510), 배출구 (520) 및 유체 채널 (530) 은, 유체 시료 (512) 가 주입될 경우, pH 센서 (100) 의 전류의 방향과 수직인 방향으로 흘러 본 발명의 pH 센서 (100) 의 제1 전극 및 제2 전극과 반응한 후 배출되도록 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5b의 (b)를 참조하면, 유체 시료 (512) 는 투입구 (510) 를 통해 주입되면 제1 전극 및 제2 전극과 반응한 후 배출구 (520) 로 배출될 수 있다. 이에, 투입구 (510) 를 통해 주입된 유체 시료 (512) 는, 제1 전극 및 제2 전극, 특히 pH 센싱을 위한 제1 전극과 효율적으로 반응할 수 있다.
이상의 다양한 실시예에 따라 본 발명의 pH 센서는 유체 시료에 대한 정밀한 pH 분석이 가능한 미세 유체 채널 기반 pH 센싱 디바이스에 적용될 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 기초한 무선 통신 pH 센싱 디바이스를 예시적으로 도시한 것이다.
먼저 도 6a의 (a) 및 (b)를 참조하면, pH 센서에 기초한 무선 통신 pH 센싱 디바이스 (600) 는, 본 발명의 pH 센서 (100), 전극부 (610) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 통신 pH 센싱 디바이스 (600') 는 및 pH에 따른 전위차를 측정하고, 측청 결과를 제공하는 통신부 (620) 를 더 포함할 수 있다.
이때, 전극부 (610) 는 본 발명의 pH 센서 (100) 의 제1 전극 및 제2 전극 각각에 연결된 전극을 포함할 수 있다. 한편, 전극부 (610) 는 통신부 (620) 에 연결되도록 구성됨에 따라, 통신부 (620) 는 분석 시료와의 반응에 따른 제1 전극과 제2 전극 사이에서 발생하는 전위차의 측정이 가능할 수 있다.
도 6b를 더 참조하면, 통신부 (620) 는, pH 센서 (100) 로부터 발생한 전압에 따른 신호를 전달 받도록 구성된 인터페이스부 (622), 신호를 전달하고 신호를 증폭하고 필터링하기 위한 구성된 증폭/필터링부 (624), 전원을 컨트롤하는 전원부 (626), 사용자의 디바이스 (700) 와의 통신을 조절하고 무선 통신 pH 센싱 디바이스 (600) 의 기능을 조절하는 MCU부 (628) 를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, MCU부 (628) 는 사용자의 디바이스 (700) 와 무선 망을 통해 분석 시료에 대한 전위차 또는 측정된 pH 값을 송신할 수 있다. 나아가, MCU부 (628) 는 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11, HiperLAN/2, IEEE802.15.3, NFC, RFID 및 블루투스 통신을 통해 사용자의 디바이스 (700) 와 같은 외부 단말기와도 통신할 수도 있다.
이상의 다양한 실시예에 따라 본 발명의 pH 센서는 생체 분비물과 같은 분석 시료의 유용한 정보에 대한 무선 전송 및 분석이 가능한, 무선 통신 pH 센싱 디바이스에 적용될 수 있다.
실시예: 본 발명의 pH 센서에 대한 평가
이하에서는 도 7a 내지 7f를 참조하여, 본 발명의 pH 센서에 대한 평가 결과를 설명한다.
이때, pH 센서는 기판 상의 탄소층에 위에 폴리아닐린 나노파이버 어레이를 증착한 제1 전극 및 Ag/AgCl이 배치된 제2 전극을 구성으로 하고 있으나, 본 발명의 pH 센서의 구조 및 제1 전극의 pH 민감성 물질과 제2 전극의 도전성 물질의 종류는 이에 제한되는 것이 아니다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한 FT-IR 스펙트럼을 도시한 것이다.
보다 구체적으로, pH 센서의 폴리아닐린 나노파이버 어레이가 배치된 제1 전극의 피크는, 1552, 1475, 1287, 1024 및 792 cm-1에서 나타난다. 이때, 1552 cm-1의 피크는, 퀴 노이드 링의 C=C 스트레칭에 해당하는 피크일 수 있다. 또한, 1475 cm-1의 피크는, 벤제노이드 링의 C= C 스트레칭에 해당하는 피크일 수 있다. 또한, 1287 cm-1의 피크는, 벤제노이드 링의 C-N 스트레칭 단위에 해당하는 피크일 수 있다. 또한, 1024 cm-1의 피크는, 퀴 노이드 단위의 C-N 스트레칭에 해당하는 피크이고, 792 cm-1의 피크는 및 C-H 면외 벤딩에 해당하는 피크일 수 있다.
이러한 도 7a의 결과는, 폴리아닐린 나노파이버 어레이가 pH 센서의 탄소층상에 성공적으로 배치된 것을 의미할 수 있다.
도 7b 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한, 다양한 pH를 갖는 완충 용액 처리에 따른 기전력 (electromotive force, EMF) 의 분석 결과를 도시한 것이다.
먼저, 도 7b를 참조하면, 본 발명의 pH 센서의 EMF 신호는 3.9 내지 10.1 pH 범위의 pH 변화에 따라 드라마틱하게 변화하는 것으로 나타난다. 이때, 본 발명의 pH 센서의 pH 변화에 따른 EMF 신호의 반응 시간 시간은 30 초 이하로 나타난다. 나아가, 3.9 내지 10.1 pH 범위에서 본 발명의 pH 센서의 민감도는 62.4 mV/pH로 나타난다. 이러한 민감도는 상용되는 pH 미터와 유사할 수 있다.
다음으로, 도 7c를 참조하면, pH 수준이 7.0에서 8.5로 증가되었을 때의 EMF 신호 변화가 도시된다. 보다 구체적으로, pH 변화에 따라, EMF 신호는 순차적으로 변경되어, 12.8초 내에 정상 상태의 값의 90 %에 도달한 것으로 나타난다. 이러한 결과는 본 발명의 pH 센서가 빠른 반응 시간을 가지며, 이에 분석 시료의 동적 변화를 모니터링할 수 있음을 의미할 수 있다.
다음으로, 도 7d를 참조하면, pH 센서의 재현성과 관련하여 3.89, 5.34, 7.03, 8.51 및 10.09의 pH 적정주기 동안 pH 센서의 EMF 신호를 측정한 결과가 도시된다.
본 평가에서는, HCl 또는 NaOH 용액을 완충 용액에 떨어 뜨려 완충 용액의 pH 수준을 감소 시키거나 증가시켰다. 나아가 pH 값은 상업용 pH 미터 (ORIONTM Star A211) 로 확인 하였다. 한편, 본 발명의 pH 센서는 세척 단계 또는 다른 처리없이 연속적으로 평가되었고, pH 값의 판독은 15 초의 적정 단계 후에 수행 하였다.
보다 구체적으로, 초기 pH 민감도는 62.9 mV / pH (R2 = 0.9982) 로 나타났고, 적정 과정 후 pH 민감도는 61.6 mV / pH (R2 = 0.9964) 로 초기 pH 민감도와 매우 유사한 수준으로 나타난다.
이러한 결과는 본 발명의 pH 센서가 우수한 반복성 성능을 제공하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명의 pH 센서는, pH 센서의 사용이 증가함에 따라 pH 센서의 전기 화학적 기능에 영향을 주는 현상인 히스테리시스 (hysteresis) 의 기억 효과가 없으며, 이에 재현성을 제공하는 고성능의 pH 센서로 이용될 수 있다.
도 7e를 참조하면, pH 5.5에서 15시간 담궈진 본 발명의 pH 센서의 EMF 신호가 도시된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 pH 센서는 5-12 시간 동안 EMF 신호를 유지하는 것으로 나타난다. 이때, 잠재적 드리프트는 3.0 mV / h로 나타나는데, 이는 연속 측정에서 pH 값이 4.8 % 오차일 수 있다.
이러한 결과는, 본 발명의 pH 센서가 장기적 안정성을 가지고 있음을 의미할 수 있다.
다음으로, 도 7f의 (a)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서에 기초한 우유의 pH 변화 모니터링 결과가 도시된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 pH 센서에 의해 측정된 우유의 초기 pH 값은 7.1로 나타나고, 48 시간 후 6.2로 감소한 것으로 나타난다. 이때 우유는 시간이 지날수록 젖산 박테리아의 성장에 따라 pH가 낮아질 수 있다. 한편, 시간 경과에 따른 본 발명의 pH 센서에 의해 측정된 pH 값의 수준은, 상요되는 pH 미터와 유사하게 변하는 것으로 나타난다.
다음으로, 도 7f의 (b)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서에 기초한 사과 표면의 pH 변화 모니터링 결과가 도시된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 pH 센서에 의해 측정된 사과의 초기 pH 값은 48 시간 후 5.9로 증가한 것으로 나타난다. 이때 본 발명의 pH 센서는 플렉서블한 구조에 의해 굴곡진 표면을 갖는 사과에 대한 pH 측정이 가능할 수 있다. 한편, 사과는 시간이 지날수록 박테리아에 의해 pH가 증가할 수 있다. 즉, 본 발명의 pH 센서는 사과의 pH 변화에 따라 민감하게 pH를 모니터링하여 제공할 수 있다.
이러한 결과는, 본 발명의 pH 센서가 상용되는 pH 센서만큼 민감하게 pH를 측정하고, 분석 시료의 종류 또는 모양에 제약없이 pH 측정이 가능하다는 것을 의미할 수 있다. 이에, 본 발명의 pH 센서는, 식품에 대하여 박테리아의 성장에 따라 변화하는 pH를 측정하여 음식의 퀄리티를 측정하는 것에도 적용될 수 있다.
이상의 실시예의 결과로, 본 발명의 pH 센서의 전기 화학적 성질은 높은 민감도, 빠른 반응 시간, 반복성 및 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 본 발명의 pH 센서의 민감도는 62.4mV / pH 로, 'Nernstian behavior'에 근거한 이론 값에 가까운 것으로 나타난다. 또한 본 발명의 pH 센서는 12.8 초의 우수한 반응 시간, 97.9 %의 반복성 및 안정성 (3.0mV / h의 드리프트) 을 보였다.
또한, pH 센서는 식품에 대하여 시간 변화에 따른 pH를 측정했을 때, pH 변화는 상업적 pH 미터와 유사한 동향을 보이는 것으로 나타났다. 또한 본 발명의 플렉서블 형태의 pH 센서는 상업용 pH 미터를 사용하여 측정 할 수없는 굴곡 된 사과 표면에서 식품 손상의 pH 변화의 측정이 가능한 것으로 나타났다. 이에, 본 발명의 pH 센서는 물, 제품 공정, 인체 건강 및 화학 (또는 바이오) 반응을 모니터링하는 것을 포함하여 많은 어플리케이션에 적용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: pH 센서
110: 제1 전극
110 (a): 탄소층
110 (b): 나노파이버 어레이
120: 제2 전극
130: 도전성 층
212: 스크린 프린팅 마스크
214: Ag/AgCl 잉크
222: 탄소 페이스트
300: 땀 센싱 디바이스
310: 땀 수집부
312: 유체 채널
320: 땀 배출부
330: 피부
400: pH 센싱 글로브
410: 전위차 측정부
420: 전극
500, 500': pH 센싱 디바이스
510: 투입구
512: 유체 시료
520: 배출구
530: 유체 채널
600, 600': 무선 통신 pH 센싱 디바이스
610: 무선 통신 pH 센싱 디바이스
620: 통신부
622: 인터페이스부
624: 증폭/필터링부
626: 전원부
628: MCU부
700: 사용자의 디바이스

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질 (pH sensitive material) 로 이루어진 제1 전극, 및
    상기 기판 상의, 상기 제1 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되고, 도전성 물질로 이루어진 제2 전극을 포함하는, pH 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 탄소층을 더 포함하고,
    상기 pH 민감성 물질은 상기 탄소층 상에 배치된, pH 센서 pH 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    pH 민감성 물질은, 상기 pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이 (nanofiber array) 를 포함하고,
    상기 나노파이버 어레이는,
    상기 탄소층 상에 형성된, pH 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 일단에 상기 pH 민감성 물질이 배치 되고,
    상기 제1 전극의 타단에 상기 도전성 물질이 더 배치된, pH 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나에 배치된 필터층을 더 포함하는, pH 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 플렉서블 (flexible) 기판이고,
    상기 플렉서블 기판은, 폴리에틸렌 테리프탈레이트 (polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메타크릴레이트 (poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리이미드 (polyimide, PI), 폴리스타이렌 (polystyrene, PS), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate, PEN) 및 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC) 중 적어도 하나인, pH 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분석 시료는,
    땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, pH 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 pH 민감성 물질은,
    폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiophene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythiphene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(p-phenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, pH 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 물질은, 반쪽 전지 반응성 물질이고,
    상기 반쪽 전지 반응성 물질은,
    Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 (Salt bridge) 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, pH 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 일부에 각각 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함하는, pH 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전위 측정부와 연결되어 pH를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함하는, pH 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 pH 센서의 민감도는,
    55 mV/pH 내지 65 mV/pH인, pH 센서.
  13. 제1 전극을 형성하도록, 기판 상에, 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질을 배치하는 단계, 및
    제2 전극을 형성하도록, 상기 기판 상에, 상기 제1 전극과 적어도 일부가 일정한 거리로 이격되도록 도전성 물질을 배치하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 pH 민감성 물질을 배치하는 단계 이전에,
    탄소층을 형성하도록, 상기 기판 상에, 탄소를 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 pH 민감성 물질을 배치하는 단계는,
    상기 탄소층에 pH 민감성 물질을 배치하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 탄소를 배치하는 단계는,
    상기 기판 상에 탄소를 도포하는 단계, 및
    상기 기판을 70 내지 90 ℃조건에서 큐어링하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 pH 민감성 물질은, 상기 pH 민감성 물질로 구성된 나노파이버 어레이를 포함하고,
    상기 탄소층에 pH 민감성 물질을 배치하는 단계는,
    상기 탄소층 상에 상기 나노파이버 어레이를 증착하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 도전성 물질을 배치하는 단계는,
    상기 제1 전극의 타단에 상기 도전성 물질을 더 배치하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 도전성 물질을 배치하는 단계는,
    상기 기판 상에 상기 도전성 물질을 도포하는 단계, 및
    상기 기판을 70 내지 90 ℃조건에서 큐어링하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 pH 민감성 물질을 배치하는 단계 이후에,
    상기 기판을 아닐린 (aniline) 및 과산화황산암모늄 (ammonium persulfate) 혼합 용액에 담그는 단계를 더 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 pH 민감성 물질을 배치하는 단계는,
    폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 중 적어도 하나를 상기 기판 상에 배치하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 반쪽 전지 반응성 물질을 배치하는 단계는,
    Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리 백금 중 적어도 하나를 상기 기판 상에 배치하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.
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